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公開番号2025076204
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-15
出願番号2023188035
出願日2023-11-01
発明の名称縦型構造半導体の製造方法
出願人国立大学法人豊橋技術科学大学,国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
代理人個人,個人
主分類C30B 29/38 20060101AFI20250508BHJP(結晶成長)
要約【課題】半絶縁性GaP基板上に結晶成長させたGaPN結晶に対する所定の後工程を施すことにより、フォトルミネッセンス特性を、実用可能レベルにまで改善させ得る縦型構造半導体の製造方法を提供する。
【解決手段】
非半絶縁性基板に結晶成長させたGaPNの結晶性を向上させる加工方法であって、結晶成長させたGaPNに対して所定の加速電圧による所定の照射量の放射線を照射する。放射線の照射量は、DDDの値において5.5×10⁸MeV/gから1.4×10¹¹MeV/gの範囲内である。放射線を照射した後に熱処理を施す。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
非半絶縁性基板に結晶成長させたＧａＰＮの結晶性を向上させる加工方法であって、結晶成長させたＧａＰＮに対して所定の加速電圧による所定の照射量の放射線を照射することを特徴とする縦型構造半導体の製造方法。
続きを表示（約 210 文字）【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、放射線の所定の加速電圧による所定の照射量は、ＤＤＤの値が５．５×１０
８
ＭｅＶ／ｇから１．４×１０
１１
ＭｅＶ／ｇの範囲内であることを特徴とする縦型構造半導体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法において、前記放射線を照射した後に熱処理を施すことを特徴とする縦型構造半導体の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型構造半導体の製造方法に関し、特に、非半絶縁性基板であるｎ型ＧａＰ基板上のIII-V-N（ＧａＰＮ）結晶の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ＧａＰＮ結晶は、Ｓｉに格子結合し、かつ直接遷移型半導体に似た発光特性を有することから、当該構造の縦型構造半導体は、光電子集積回路の材料として期待されている。
【０００３】
一方、希薄窒化物結晶は、他のIII-V族化合物半導体に比べて、バンドギャップと格子定数を幅広い範囲で調整可能である。その中でもリン系III-V-N結晶は、Ｓｉ基板上に格子整合条件で作製可能であることから、III-V/Si多接合太陽電池等への応用が期待できる。
【０００４】
また、一般的にパワーデバイスの構造としては、横型構造よりも縦型構造が求められる。これは縦型構造の方が高耐圧デバイスを作製する際の面積効率が優れるためである。
すなわち、横型デバイスの耐圧値は、ゲート－ドレイン間の距離に依存して決定される。このため高耐圧の横型デバイスを得るには、電極間距離を確保するためにチップサイズを巨大化せねばならず、結果として面積効率が悪化する。
これに対して縦型デバイスの耐圧値は、ドリフト層の膜厚に依存して決定される。つまり、基板に垂直な方向に膜厚を増加させることで高耐圧化を行えるため、チップサイズの小型化と高耐圧化を両立することができる。
【０００５】
また、縦型構造の半導体は高耐圧化とオン抵抗を低下するために適した構造である。
縦型構造の半導体を製造する上で、ｎ型ＧａＰ基板上にＧａＰＮを結晶成長することができれば、縦型構造が容易に作成でき、製造工程の短縮化、コスト低減等のメリットがある。
【０００６】
なお、ＩＩＩ族窒化物単結晶基板の改質方法として、結晶方位が周囲と異なるグレイン領域を有するＩＩＩ族窒化物単結晶基板のグレイン領域に物理的作用を加えてグレイン領域の結晶配列を変化させる工程（第一改質工程）と、上記工程により変化させた結晶配列をさらに変化させる工程（第二改質工程）とを用いて、ＩＩＩ族窒化物単結晶基板を製造する方法が提案されているが（特許文献１参照）、この方法は、ＩＩＩ－Ｖ－Ｎ（ＧａＰＮ）結晶基板に関する限りは、適用できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２０－００７１９１号公報
【非特許文献】
【０００８】
「電子線照射によるIII-V-N 結晶の結晶性回復メカニズムの検討(2)」第81回応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集、二村綾、山根啓輔高山凪、住田泰史、今泉充、若原昭浩、13-041ページ
S.B.Zhang,Su-Huai.Wei,Phys.”Nitrogen solubility and N-induced defect complexes in epitaxial GaAs:N”,Physica B:Condensed Matter,Volumes 308-310, December 2001, Pages 839-842,Rev.Lett.86(2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＧａＰＮはＳｉに格子結合し、かつ直接遷移型半導体に似た発光特性を有することから光電子集積回路の材料として使用されている。
【００１０】
しかしながら、一般的にリン系III-V-N結晶はN組成の増加に伴い点欠陥が形成されやすいことが示唆されている（非特許文献１参照）。特に、非半絶縁性基板であるｎ型ＧａＰ基板を用いて希薄窒化物系材料を結晶成長する場合、Ｓｉ基板上での結晶成長とは異なり、ｎ型ＧａＰ基板の不純物が結晶の異常成長の原因となり、不純物が結晶表面に析出することにより山谷が出やすく、成長層にピット（結晶欠陥）が形成され、ｎ型Ｇａｐ基板内の表面が粗い状態になりやすく、特性が劣化した粗悪な結晶となり得るものであった。
（【００１１】以降は省略されています）

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